江西某高碳酸盐铀矿搅拌浸出试验

页共22页引言最近几十年来，我国能源越来越紧张，火电带来的污染也引起了公众的重视，因此，大力发展新的、清洁的能源已经成为共识。核电是清洁能源的重要组成部分，和其他清洁能源相比，它有着高效、稳定的特点，不会随着天气、季节的改变而改变。随着第四代核反应堆的成功研制，铀矿资源的利用率得到了极大地提高，铀矿冶工业的发展又迎来了新的高潮。我国是一个贫铀国家，每年需要的铀1/3靠国内生产，1/3从国外购买，1/3由我国购买的外国矿山提供。经过多年的开采，我国铀矿石的成分越来越贫、细、杂。铀矿石的采冶难度大大增加。传统的采冶方法很难取得好的经济效益。因此，研究难选铀矿石，从中提取铀，是铀矿冶工业工作的重点。本次试验的样品碳酸盐含量很高，约为10.01%，初步试验结果表明，必须用100g/L以上的硫酸才能有效的浸出铀，想要得到更好地试验结果，还需进一步的试验。1矿样的制备及分析1.1试验矿样的制备本次试验共收到江西某高碳酸盐铀矿石约100kg，粒度为-5mm，首先进行矿石样制备，制备方法包括缩分，磨矿等。1.2矿样处理将100kg矿样进行缩分，取其中3kg矿样进行磨矿，磨至-200目，用于搅拌浸出。1.3矿样分析原矿的化学多元素分析结果见表1.1。表1.1原矿多元素分析结果/%元素U6+U4+Fe2O3Al2O3CaOMgOFeOCO32-P2O5MoV2O5SiO2品位0.0490.0762.114.75.260.460.1934.751.430.00840.01761.98由表1.1可知：(1)本试样中四价铀的含量明显高于六价铀的含量，四价铀与六价铀之比约为2:1，需要用氧化剂把四价铀氧化成六价铀，铀的总含量为0.125%。(2)该矿石中碳酸盐的含量较高，约为10.01%。(3)主要脉石矿物是石英。2试验部分2.1试验的仪器设备和化学试剂试验所使用的仪器设备见表2.1，化学试剂见表2.2。表2.1仪器设备表——————————————————————————————————名称生产厂家用途——————————————————————————————————饱和甘汞电极上海雷磁仪器厂测EhPHS—3C型精密pH计上海雷磁仪器厂测pH2×24旋转真空泵上海雷磁仪器厂抽滤JJ―4A六联电动搅拌器金坛市盛蓝仪器有限公司搅拌浸出CS101型电热鼓风干燥机重庆试验设备厂烘样品振动磨样机 武汉洛克粉磨设备制造有限公司磨矿——————————————————————————————————表2.2化学试剂表——————————————————————————————————名称规格用途名称规格用途——————————————————————————————————硫酸分析纯浸出二氧化锰分析纯浸出氯酸钾分析纯浸出双氧水分析纯浸出三氯化钛分析纯分析亚硝酸钠分析纯分析尿素分析纯分析钒酸铵分析纯分析二苯胺磺分析纯分析酸钠——————————————————————————————————2.2铀的分析方法本次试验主要分析浸出液和洗涤液中铀的含量。用三氯化钛还原钒酸铵滴定法。2.2.1主题内容和适用范围本方法规定了试样中铀含量的方法原理、试剂和仪器、分析步骤、结果计算。本方法适合于花岗岩、炭质硅质页岩、凝灰熔岩、白云岩、霓霞正长岩和炭质粉砂岩类铀矿石的测定。测定范围：0.03~5.0%2.2.2方法原理在30%的磷酸介质中，用三氯化钛还原六价铀到四价铀，共存的铬、钼、钒等高价离子亦同时被还原。过剩的亚钛及被还原到低价的一些干扰离子用亚硝酸钠氧化。此时四价铀与磷酸形成稳定的[U(HPO4)3]2-络离子而不被氧化。过量的亚硝酸钠用尿素分解，用二苯胺磺酸钠作指示剂，用钒酸铵标准溶液滴定四价铀。化学反应式为：4H++UO22++3HPO32-+2Ti3+=[U(HPO4)3]2-+2Ti4++2H2OTi3++NO2-+2H+=Ti4++NO↑+H2O2NO2-+CO(NO2)2+2H+=2N2↑+CO2↑+H2O[U(HPO4)3]2-+2VO3-+4H+=[UO2(HPO4)2]2-+V2O24++HPO42-+2H2O2.2.3试剂三氯化钛(TiCl3)AR15~20%；亚硝酸钠(NaNO2)AR15%；磷酸(H3PO4)AR83%；尿素(H2NCONH2)AR20%；二苯胺磺酸钠(C12H10O3NSNa)0.2%。称取0.2g二苯胺磺酸钠及0.2g无水碳酸钠(Na2CO3)，用少量水调成糊状，稀释至100ml；铀标准溶液：称取1.792g八氧化三铀(U3O8)置于100ml烧杯中，加入10ml1:1浓盐酸(HCl)，3ml30%过氧化氢(H2O2)，再加入2滴比重为1.42的硝酸，盖上表面皿，放置三分钟，待剧烈反应停止后，于砂浴上加热至完全溶解，取下冷却，转入1000ml容量瓶中加水稀释至刻度，摇匀此溶液浓度为1㎎U/ml。钒酸铵标准溶液：a)配制：称取一定量的钒酸于400ml烧杯中，用水调成糊状，加入250ml硫酸(1:1)搅拌使其完全溶解，冷却后，转入1000ml容量瓶中，用水稀释到刻度，贮于棕色瓶中，置于阴暗处一星期。b)标定：1)取铀标准溶液1ml于250ml的锥形瓶中；2)加入10ml磷酸，再加入19ml蒸馏水混合摇匀；3)边摇边逐滴加入15%的TiCl3溶液，直至出现紫色，过量1~2滴，放置30秒；4)在摇动下逐滴加入15%的NaNO2溶液直至棕黑色消失，过量1~2滴，立即加入5ml尿素，剧烈摇动，使大量气泡逸出，放置3分钟；5)加入二苯胺磺酸钠指示剂2滴，用钒酸铵标准溶液滴定至微紫色30秒不退色为终点。下同。c)计算：结果计算公式为：式中：TNH4VO3/U—钒酸铵标准溶液对铀的滴定度，㎎U/ml；V—消耗钒酸铵标准溶液的体积，ml。2.2.4仪器锥形瓶，量筒，烧杯，微量滴定管，移液管，吸液球。2.2.5分析步骤根据试样中铀含量的高低，取试样1~10ml于250ml锥形瓶中，加入10ml磷酸，再加蒸馏水至总体积约为30ml，以下同钒酸铵标准溶液滴定3)~5)。2.2.6结果计算结果计算如下式：式中：C(U)—铀浓度，g/l；TNH4VO3/U—钒酸铵标准溶液对铀的滴定度，㎎U/ml；V—消耗钒酸铵标准溶液的体积，ml；V0—取的试样体积，ml。2.3细菌的活化与培养2.3.19K培养基的配制量取1L水置于烧杯中，称取(NH4)2SO4：30g、K2HPO4：5g、KCl：1g、MgSO4•7H2O：5g，向烧杯中加入一种药剂溶解后再加下一种。再称取Ca(NO3)2•2H2O0.2g，因其潮解而取两小药匙，加入后，有浑浊现象，摇匀后消失，最后加入250gFeSO4•7H2O,溶液立即浑浊，呈墨绿色偏黑。再加2L水，调pH至2左右。2.3.2细菌的种类本试验使用的细菌为氧化亚铁硫杆菌。氧化亚铁硫杆菌能把Fe2+氧化为Fe3+，提高氧化还原电位，使四价铀氧化为六价铀，更容易被溶浸液浸出。2.3.3细菌的活化从冰箱中取出冷藏的细菌150ml置于250ml的锥形瓶中，再加入100ml的9K培养基放入震荡水浴恒温箱中，3天后取出测其电位。若电位超过550mV，将其分成多份，加入培养基扩大培养；否则，继续在水浴箱中培养直至电位超过550mV。2.3.4细菌的培养细菌活化成功后，每隔2天测一次电位，若电位超过550mV，将细菌倒掉1/3，再加培养基继续培养；若电位没有超过550mV，继续培养。2.4搅拌浸出试验矿样要进行不同条件的搅拌浸出试验，包括H2SO4浓度、氧化剂种类及浓度、浓酸熟化、不同电位的细菌及接种比等条件的浸出试验。2.4.1搅拌浸出称取矿样（-200目）50g，U品位为0.125%，液固比为3:1，将矿样及配制好的浸出剂置于250ml的锥形瓶中，用6联搅拌机搅拌浸出。浸出时间为6小时，之后马上用真空泵抽滤，滤渣用pH=2的H2SO4分两次洗涤，其中第一次100ml，第二次50ml。浸出液和洗涤液分别测量体积、pH、Eh，分析浸出液和洗涤液的U浓度，滤渣用烘箱烘干，分析滤渣中U的含量。2.4.2浓酸熟化称取矿样（-200目）50g，置于锥形瓶中，再倒入配好的不同浓度的25ml浓硫酸。用玻璃棒搅拌使矿样和浓硫酸充分混合，形成泥浆，放置18小时后再加入125ml蒸馏水，继续搅拌使泥浆充分分散，再用6联搅拌机搅拌浸出。表2.3不同酸浓度搅拌浸出试验结果浸出条件浸出试验结果液计浸出率（%）渣品位（%）渣计浸出率（%）备注浸出液洗涤液体积（ml）U（mg/L）pHEh体积（ml）U（mg/L）pHEh原矿50gT=6h20g/LH2SO4L:S=3:1常温1247.217.911511573.727.891522.360.11012.00矿石品位：0.125%原矿50gT=6h30g/LH2SO4L:S=3:1常温13316.282.5918216226.982.4925110.460.10317.60原矿50gT=6h40g/LH2SO4L:S=3:1常温127111.651.7325815127.452.0329329.320.07936.80图2.1不同酸浓度浸出率曲线图由表2.3和图2.1可知：1）硫酸浓度对金属浸出率影响较大，随着硫酸浓度的提高，铀的浸出率升高；2）矿石酸耗较高，超过12%。表2.4不同氧化剂酸法搅拌浸出试验结果浸出条件浸出试验结果液计浸出率（%）渣品位（%）渣计浸出率（%）备注浸出液洗涤液体积（ml）U（mg/L）pHEh体积（ml）U（mg/L）pHEh原矿50gT=6h40g/LH2SO4常温L:S=3:1KClO31g127168.051.3557514877.921.7353752.350.06349.60矿石品位：0.125%原矿50gT=6h40g/LH2SO4常温L:S=3:1MnO21g123113.391.6137514636.631.7638530.870.07639.20原矿50gT=6h40g/LH2SO4常温L:S=3:1H2O21mL129107.001.6327314733.261.9431129.910.08135.20图2.2不同氧化剂浸出率柱形图由表2.4和图2.2可知：1）与前面不加氧化剂试验结果对比，加入氧化剂之后，改善了铀的浸出效果；2）几种氧化剂均能提高铀的浸出率。表2.5不同浓度浓酸熟化酸法搅拌浸出试验结果浸出条件浸出试验结果液计浸出率（%）渣品位（%）渣计浸出率（%）备注浸出液洗涤液体积（ml）U（mg/L）pHEh体积（ml）U（mg/L）pHEh原矿50gL:S=3:190g/LH2SO4常温熟化T=18h搅拌T=1h124246.5637714762.8040163.690.03472.80矿石品位：0.125%原矿50gL:S=3:1150g/LH2SO4常温熟化T=18h搅拌T=1h123272.9138814789.5540474.060.02381.60原矿50gL:S=3:1300g/LH2SO4常温熟化T=18h搅拌T=1h1212726540978.770.02679.20图2.3不同浓度浓酸熟化浸出率曲线图由表2.5和图2.3可知：1）浓酸熟化后，铀的浸出率显著提高；2）随着浓酸浓度的提高，铀的浸出率也随着提高。表2.6不同浓度浓酸熟化加氧化剂酸法搅拌浸出试验结果浸出条件浸出试验结果液计浸出率（%）渣品位（%）渣计浸出率（%）备注浸出液洗涤液体积（ml）U（mg/L）pHEh体积（ml）U（mg/L）pHEh原矿50g常温60g/LH2SO4L:S=3:1KClO31g熟化T=18h搅拌T=6h121241.9059415462.8052962.310.02778.40矿石品位：0.125%原矿50g常温90g/LH2SO4L:S=3:1KClO31g熟化T=18h搅拌T=6h122255.8676015062.8065265.020.02480.80原矿50g常温150g/LH2SO4L:S=3:1KClO31g熟化T=18h搅拌T=6h123279.1283716061.6465470.710.01191.20图2.4不同浓度浓酸熟化加1gKClO3浸出率曲线图由表2.6和图2.4可知：1）矿样在浓酸熟化后，加氧化剂，浸出率明显提高，最高为91.2%；2）氧化还原电位达到500mV，浸出率为78.4%，说明此矿石是难浸矿石。表2.730%浓酸熟化加不同量氧化剂酸法搅拌浸出条件试验结果浸出条件浸出试验结果液计浸出率（%）渣品位（%）渣计浸出率（%）备注浸出液洗涤液体积（ml）U（mg/L）pHEh体积（ml）U（mg/L）pHEh原矿50g常温90g/LH2SO4T=6hL:S=3:1KClO30.5g117251.2169615262.8058862.300.02580.00矿石品位：0.125%原矿50g常温90g/LH2SO4T=6hL:S=3:1KClO31g122255.8676015062.8065265.020.02480.80原矿50g常温90g/LH2SO4T=6hL:S=3:1KClO31.5g118279.1278715372.1166470.350.02183.20原矿50g常温90g/LH2SO4T=6hL:S=3:1KClO33g124258.1977015453.5065564.410.02480.80原矿50g常温90g/LH2SO4T=6hL:S=3:1KClO35g120265.1678514958.1566064.770.02381.60图2.530%浓酸熟化加不同量氧化剂浸出率柱形图由表2.7和图2.5可知：1）随着氧化剂用量的提高，铀的浸出率也在提高；2）当氧化剂用量超过1.5g后，分析时有干扰，无法准确测定铀的浸出率，但从渣计浸出率可以看出，增加氧化剂的用量对浸出率影响不大。表2.8不同电位细菌及不同接种比酸法搅拌浸出条件试验结果浸出条件浸出试验结果液计浸出率（%）渣品位（%）渣计浸出率（%）备注浸出液洗涤液体积（ml）U（mg/L）pHEh体积（ml）U（mg/L）pHEh原矿50gL:S=3:190g/LH2SO4常温熟化T=18h搅拌T=6h550mV细菌接种1:1116262.8440115147.6840560.300.02580.00矿石品位0.125%原矿50gL:S=3:190g/LH2SO4常温熟化T=18h搅拌T=6h550mV细菌接种1:10123225.6237614634.8938752.550.02778.40原矿50gL:S=3:190g/LH2SO4常温熟化T=18h搅拌T=6h600mV细菌接种1:1123260.5140915060.4841965.780.02480.80原矿50gL:S=3:190g/LH2SO4常温熟化T=18h搅拌T=6h600mV细菌接种1:10115241.9037615055.8238757.910.03076.00图2.6不同电位不同接种比细菌浸出率柱形图由表2.8和图2.6可知：1）在细菌浸铀过程中，600mV细菌的浸铀能力比550mV细菌要强；2）在细菌浸铀过程中，接种的细菌越多，浸出率越高；3）细菌浸铀的浸出率与氧化剂相差不大，可用细菌代替氧化剂。3结论本试验从矿石制样到搅拌浸出经过了仔细的研究，从而得到以下结论：(1)本矿石为碱性矿石，碳酸盐含量很高，约为10.01%，所以酸法浸铀时酸耗很高达到15%；(2)矿石中四价铀与六价铀的比例约为2:1，需用氧化剂氧化来提高铀的浸出率；(3)普通的酸法浸出难以得到较好的浸出率，须浓酸熟化后，再进行其他条件的探索；(4)细菌浸出效果与加氧化剂的浸出效果相差不大，可用细菌代替氧化剂，以减少氧化剂的消耗；(5)矿石的较佳浸出条件为浓酸熟化，矿样50g，150g/LH2SO4，T=6h，L:S=3:1，KClO31g，常温，浸出率为91.2%。参考文献[1]王，刘玉龙，胡鄂明，等．江西某铀矿山矿石浸性能试验研究[J]．中国矿业，2010，19(5)：68-71．[2]王昌汉．溶浸采铀(矿)[M]．北京：原子能出版社，1998：1-3．[3]胡凯光，丁德譬．谭凯旋．铀资源形势分析与发展对策探讨[J]．金属矿山，2005．(12)，5-9．[4]胡凯光．微生物浸矿机理和影响因素探讨[J]．湿法冶金，2006，23(3)；113—121．[5]李建华，向秋林，毛拥军．破碎花岗岩型铀矿酸法制粒堆浸[J]．铀矿冶，2004，23(3)：134—136．[6]夏润身．我国铀资源及其水冶工艺技术[J]．铀矿冶，1997，10(4)：222．[7]胡凯光,王,刘迎九.381地浸工艺中细菌氧化作用扩大试验[J].铀矿冶,1999,5(2):90-97.[8]刘键,樊保田,张传敬.抚州铀矿细菌堆浸半工业试验研究[J].铀矿冶,2001,20(1):15-27.[9]胡凯光,胡银才，李建华，等．云南临仓某铀矿床矿石圆柱样室内浸出试验[J]．铀矿冶，2004，23(2)：89—92．[10]樊保团，盂运生,刘建，等．赣州铀矿草桃背分矿细菌堆浸工业试验[J].铀矿冶，2002，21(2)：67-73．[11]VoleskyB,MayH,HolanZR.BiotechnologyandBioengineering,1993,41:826—829.[12]李凌波，李文生，谢国森．群脉状铀矿床中铀矿石高柱浸出性能的研究[J]．矿冶工程，2004，24(6)：4-6．[13]郑志宏．生物浸出时细菌对铀矿石适应性的研究[J]．矿业研究与开发，2006，26(6)：35—36．[14]欧津,李维卿,钟慧芳.贫铀矿石细菌浸出的研究[J].微生物学报,1977,17(1):11-20.[15]姚益轩，葛加明,苏学斌，等．新疆某矿床酸法地浸采铀现场试验[J].铀矿冶，2004，23(3):119—124.[16]金锁庆．粗粒铀矿石提取和浓酸熟化一高铁淋滤浸出法[J]．铀矿冶，1994，13(3)：156—164．[17]胡凯光,黄仕元,杨金辉.铀矿石的细菌浸出试验研究[J].湿法冶金,2003(6):86-87.[18]BengtssonL,JohnsonB,etal.AppliedMicrobiologyandBiotechnology,1995,42:807—811.致谢本次毕业试验设计在王老师的精心指导和严格要求下，终于画上了圆满的句号。在此，我对王老师表示衷心的感谢！从课题的选择到具体的实验过程，论文的编写无不凝聚了王老师的心血与汗水。在试验期间，王老师为我提供了各种专业知识的指导和各种具有创造性的建议，没有王老师的帮助，我无法顺利完成试验。在这次试验中，我将所学的专业知识进行了一次综合性的实践应用，使大学期间所学专业知识得到了进一步的巩固。并且在此实验中学到了许多新的知识，为以后的工作打下了坚实的基础。通过对整个试验操作过程的实践，我对整个试验过程都有了更深入的了解和体会，学会了分析铀矿石各项浸出条件。大学四年即将结束，首先我要感谢我的父母，是他们不辞劳苦的辛勤工作，为我提供物质和精神上的支持，我才机会过完我十几年的学习生涯。我会永远记得他们的付出和汗水！感谢我的亲人和朋友，是他们这么多年来的关怀和支持，让我在学习的路上更加努力和奋进。感谢母校南华大学为我提供了良好的学习环境和生活环境，让我的大学生活丰富多姿。同时对矿物加工教研室的各位老师以及曾经教育过、关怀过我的老师们表示深深的感谢。我会永远记住老师对我的谆谆教诲。最后，我要感谢矿加091班的全体同学，在生活、学习和研究方面，他们给了我许多的关心和帮助还有支持，并对此设计提出了许多宝贵意见。祝各位老师及各位同学身体健康、工作顺利！毕业设计（论文）任务书学院：题目：江西某高碳酸盐铀矿石搅拌浸出试验起止时间：20XX年12月22日至20XX年6月1日学生姓名：专业班级：指导教师：教研室主任：院长：年月日论文(设计)内容及要求：一、毕业设计（论文）原始依据

根据高含泥致密硬岩铀矿石工艺矿物学报告，矿床高含泥致密硬岩铀矿矿石主要为砂砾岩、粉砂岩和角砾岩，主要铀矿物与后期的构造裂隙有一定关联（为白云石或方解石所充填，多为角砾岩）；同时，主要的有用矿物铀石，少量的钛铀矿和铀的氧化物（沥青铀矿），微量的以类质同相等形式存在于独居石和部分闪锌矿中；而铀石和铀的氧化物（沥青铀矿）皆易溶于酸中；因此考虑采用化学浸出的方法，将有用组分铀浸入溶液中，然后再回收铀。难点在于：矿石中含一定量白云石或方解石，酸浸时耗酸将增高。矿石为碱性矿石，Ca、Mg、Al的含量均较高，CaO与MgO含量总和为5.72%，CO2含量为4.75%，初步试验结果表明，该矿石酸耗为16%左右，使得浸出成本升高。因此，考虑采用细菌浸出等方法，达到降低酸耗，最终降低生产成本的目的。二、毕业设计（论文）主要内容毕业论文主要包括如下内容：1）矿石破碎2）矿石的取样和缩分3）细菌培养4）细菌耐酸驯化5）细菌浸出与盐酸、硫酸、硝酸搅拌浸出对比试验6）结论三、毕业设计（论文）基本要求运用所学的基础理论与专业知识（包括之前所完成的认知实习、生产实习和毕业实习的所获得的相关知识），在老师指导下，独立地、较系统地完成“江西某高碳酸盐铀矿石搅拌浸出试验”，巩固所学的各科知识，提高运用所学理论知识和专业技能的能力；掌握室内搅拌浸出试验的基本工艺过程、方法、试验设计、分析等；要求掌握word文档的制作、Excel的应用和CAD制图，掌握增强独立思考问题的能力，为今后走上工作岗位奠定良好的基础。具体要求如下：（1）按照毕业论文任务书的要求，在指导老师的指导和帮助下，结合实际情况，按期、认真完成“江西某高碳酸盐铀矿石搅拌浸出试验”毕业论文的研究内容，按时提交毕业论文。（2）翻译与本专业有关的英文文献一篇（3000-5000汉字）。（3）设计（论文）所需查阅的资料四、毕业设计（论文）进度安排阶段阶段内容起止时间1广泛查阅相关文献资料并进行分析、整理,编写开题报告。20XX.12.22～20XX.1.222根据所掌握资料，结合现场实际情况，认真研究、分析，制定室内搅拌浸出试验方案。20XX.2.28～20XX.3.083室内试验准备、细菌培养。20XX.3.9～20XX.3.314室内搅拌浸出试验。20XX.4.1～20XX.5.105完成试验报告。20XX.5.11～20XX.5.216预答辩，报告修改、审核。20XX.5.22～20XX.5.317答辩。20XX.6.1～20XX.6.2五、主要参考文献及资料1）某高碳酸盐铀矿石工艺矿物学研究报告，内部资料，20102）《溶浸采铀（矿）》，19983）《溶浸采矿热力学和动力学》，20034）《铀提取工艺学》，20105）《铀矿石的化学分析》，20066）《TheoryandPracticeofHeapLeaching》，19817）《铀矿石加工实验室试验手册》，19928）《原地破碎浸铀理论与实践》，20039）《铀、金、铜堆浸理论与实践》，1997图书馆、期刊网检索相关资料。指导老师：（签名）年月日毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目江西某高碳酸盐铀矿石搅拌浸出试验设计（论文）题目来源导师科研项目设计（论文）题目类型实验研究类起止时间设计（论文）依据及研究意义：依据：根据高含泥致密硬岩铀矿石工艺矿物学报告，矿床高含泥致密硬岩铀矿矿石主要为砂砾岩、粉砂岩和角砾岩，主要铀矿物与后期的构造裂隙有一定关联（为白云石或方解石所充填，多为角砾岩）；同时，主要的有用矿物铀石，少量的钛铀矿和铀的氧化物（沥青铀矿），微量的以类质同相等形式存在于独居石和部分闪锌矿中；而铀石和铀的氧化物（沥青铀矿）皆易溶于酸中；因此考虑采用化学浸出的方法，将有用组分铀浸入溶液中，然后再回收铀。难点在于：矿石中含一定量白云石或方解石，酸浸时耗酸将增高。矿石为碱性矿石，Ca、Mg、Al的含量均较高，CaO与MgO含量总和为5.72%，CO2含量为4.75%，初步试验结果表明，该矿石酸耗为16%左右，使得浸出成本升高。因此，考虑采用细菌浸出等方法，达到降低酸耗，最终降低生产成本的目的。意义：可以提高铀矿石的利用率，降低生产成本，为铀矿资源的开发利用提供有效的依据。二、设计（论文）主要研究的内容、预期目标：（技术方案、路线）内容：1）矿石破碎2）矿石的取样和缩分3）细菌培养4）细菌耐酸驯化5）硫酸搅拌浸出6）细菌浸出7）结论预期目标：设计（论文）的研究重点及难点：重点：根据矿石的特点，寻找合适的细菌，对细菌进行培养及驯化，选择不同的浸出条件，以得到最优的酸法浸出条件。难点：浸出条件的选择，浸出液中铀的分析，渣的分析。设计（论文）研究方法及步骤（进度安排）：研究方法：资料调研、理论分析、构思、设计、试验、绘图、得出结论。毕业论文（设计）进度安排阶段阶段内容起止时间1广泛查阅相关文献资料并进行分析、整理,编写开题报告。20XX.12.22～20XX.1.222根据所掌握资料，结合现场实际情况，认真研究、分析，制定室内搅拌浸出试验方案。20XX.2.28～20XX.3.083室内试验准备、细菌培养。20XX.3.9～20XX.3.314室内搅拌浸出试验。20XX.4.1～20XX.5.105完成试验报告。20XX.5.11～20XX.5.216预答辩，报告修改、审核。20XX.5.22～20XX.5.317答辩。20XX.6.1～20XX.6.2进行设计（论文）所需条件①扎实的专业基础知识。②所需的参考资料，有图书馆、互联网、相关文献等等。③能熟练应用office中word、excel、AutoCAD等软件。④人力：进行试验的人员，以及进行指导的导师等。⑤合理安排设计作息时间。指导教师意见：签名：年月日铀矿废弃堆中的细菌：与U（Ⅵ）的相互作用P.Panak,B.C.Hard,K.Pietzsch,S.Kutschke,K.Roske,S.Selenska-Pobell,G.Bernhard,H.Nitsche摘要：这个研究是我们第一次去努力获得更多信息关于在地质环境中，微生物活动对放射性核素转移/固化的影响。我们使用好氧和厌氧细菌菌株定量研究细菌与U(VI)的相互作用。单独的从铀矿中筛选获得的两株氧化亚铁硫杆菌ferrooxidansATCC33020比从煤矿中发现的T.ferrooxidansATCC23270T,表现出较高的富集U的能力。当pH值从1.5增加到4.0，两只菌株富集铀的量也随之增加。对于用EDTA萃取的研究表明,只有一小部分铀富集吸附在细胞壁的表面，而主要部分可能是由细胞富集。我们还研究了还原U(VI)的硫酸盐还原细菌菌株(去磺弧菌DSM642T)。此外,我们还研究了在铀尾矿中培养硫酸盐还原细菌(JG1)。对于D.desulfuricans动力学研究表明大多数U(VI)在最初的24小时内被还原。这种微生物还原的产量很大程度上取决于pH值，当pH值从3.1增加到6.2，产率从10.3增加到99.2%。在自然界中，生长D.desulfuricans菌株的地方附近的pH值是中性的。关键词：铀；硫酸盐还原菌；铁氧化细菌；生物富集1.介绍在自然界中，细菌在转移放射性核素和其他重金属的过程中起到了重要作用[1-6]。与只涉及无机成分过程相比,人们很少知道细菌和放射性核素的相互作用。在铀矿废弃堆中，微生物的活动会导致铀溶解和转移或固化。这些过程可分为细菌直接或间接作用。直接作用导致氧化、还原、富集或通过细胞和生物聚合物吸附铀。间接作用可以导致周围化学体系中pH值或Eh的变化从而可能导致铀体系的改变[7,8]。在铀矿堆中的特征细菌已经确定为嗜酸性铁或硫氧化细菌,特别是T.f，氧化亚铁硫杆菌，T.t氧化硫硫杆菌，嗜酸硫杆菌和氧化亚铁微螺菌[9–11]。矿石堆中微生物的最大浓度和活动范围被发现在矿堆表面以下0.25米,最深超过1米。铁或硫氧化细菌在溶解矿石中的铀的过程中起到了重要作用。铀矿物常与金属硫化物伴生。硫氧化Fe2+产生硫酸和Fe3+。Fe3+反过来氧化UO2成为UO22+。反应过程如下：4FeS2+15O2+2H2O↔2Fe2(SO4)3+2H2SO4UO2+2Fe3+↔UO22++2Fe2+间接过程主要在天然铀矿石中发生，而且它是生物浸矿过程的基础[1-3、9、11-17]。已经有文献描述了没有使用Fe3+/Fe2+电对的四价铀的直接生物氧化过程[18、19],但矿石中存在的大量的铁硫化物更倾向于间接机制。此外,T.ferrooxidans可以富集固化物质释放的和游离的铀[20]。第一个尝试使用T.ferrooxidans修复铀污染土壤的应用被提出[21、22]。例如，除了自养嗜酸菌,在更深的地质层中还有丰富的有机异养厌氧细菌。硫酸盐还原细菌可能要除外[12]。又如，我们从文献中得知的[23、24],几种Fe(Ⅲ)还原细菌。又如，海藻希瓦氏菌[25]，腐败希瓦氏菌[26]和Geobactermetal-metal-lireducens[24,26]，和硫酸盐还原细菌一样。去磺弧菌[24、27、28]和脱硫弧菌[24、29]能够还原可溶性的U(VI)为不溶性的U(IV)。这些菌株可以利用U(VI)作为一个终端电子受体来获取能量的增长。沉淀的特性已经表明,在还原状态下，形成沥青铀矿(UO2)[27]。在地球化学循环铀的过程中，细菌氧化和还原铀以及其富集和生物吸附发挥了重要作用而且必须注重修复措施的发展。因此,我们研究了还原U(VI)硫酸盐还原菌和富集U(VI)的嗜酸性化能自养型铁氧化细菌。对量化的富集过程,我们使用两种不同的环境中发现的氧化亚铁硫杆菌。其中，T.ferrooxidansATCC23270T菌株在一个煤矿被发现[30],另一用于这项研究的菌株(T.ferrooxidansATCC33020)是从一个孤立的铀矿发现的[31]。为了区分起主要富集作用的部分是吸附铀能力弱的细胞壁表面还是细胞,我们用一种非常复杂的试剂EDTA提取了生物质。为了研究还原铀的机理,我们使用硫酸盐还原菌株,从煤气输送管道附近的土壤中发现的去磺弧菌DSM642T和从铀尾矿(Haberlandhalde，Johanngeorgenstadt、萨克森、德国)中发现的浓缩培养的硫酸盐还原菌(JG1)。这些研究包括在不同条件下定量以及动态调查产生关于可能导致形成铀矿的细菌还原的更多的信息和可以作为一个生物降解应用流程的基础。2.材料和方法在通风室温条件下，六百毫升的ATCC23270T和ATCC33020氧化亚铁硫杆菌菌株以2:2的比例培养在培养基中[32]。为了溶解在菌株生长过程中产生的Fe(Ⅲ)沉淀,我们用硫酸酸化悬浮液至pH值1.3。这些细菌通过离心获取(12761×g),而且用0.1mol的H2SO4洗了三次以消除生长培养基中会与U(VI)形成不溶性沉淀的磷酸盐。使用两个不同的pH值(1.5和4.0),我们得到了从1.7到26.1mg/l浓度的U(VI)。这些样本中包含220到470㎎(干重)/ml的生物量。就初步动力学研究而言[20],我们在旋转搅拌器中培养它们2天。然后，用ICP-MS测量上清液中U(VI)浓度。在解吸研究中,我们用0.01MEDTA/0.01MTRIS溶液(pH值7.2)提取了生物质。硫酸盐还原菌株(去磺弧菌Essex6DSM642T)生长在一种用2×10﹣2mol/l乳酸、1×10﹣2mol/l硫酸和刃天青作为氧化还原指示剂的碳酸氢盐缓冲矿物介质中[33]。只从铀尾矿(Haberlandhalde,Johanngeorgenstadt、萨克森、德国)中培养的JG1,生长在一个如前面描述的[34]在UFZLeipzig-Halle用20mM乳酸作为唯一碳源和能源的Postgates改进培养基中。细菌是通过离心收集的(11498×g,10分钟),用氯化钠溶液(0.9%)洗了三次而且悬浮在0.9%氯化钠溶液中。为了量化还原细菌,我们调整样品的pH值到5.0，同时在旋转搅拌器中用U(VI)培养样品3天。U(VI)初始浓度从2.5×10﹣5变为9.7×10－4mol/l。关于D.desulfuricans在pH值为3.2,4.2,5.0和6.1动力学研究,我们使用的U(VI)浓度为1.2×10﹣3mol/l。生物质离心分离，上清液中剩余的U(VI)浓度通过ICP-MS测量。除了样品，空白解决方案没有准备生物质,并像处理样品一样来量化通过水解或吸附损失在试管壁的U(VI)。3.结果和讨论3.1.氧化亚铁硫杆菌富集U(VI)图1a显示了两个不同品种的氧化亚铁硫杆菌(ATCC23270T和ATCC33020)在pH值为1.5和4.0富集铀的浓度和初始铀浓度的函数关系。测量误差在允许范围之内。为了更好的比较,结果归一化到细菌的干重。富集的铀浓度与溶液中铀浓度成正比。这与DiSpirito观察到的结果一致[20]。随着pH值从1.5增加到4.0，两菌株富集铀的生物量稍有增加。这种菌株(氧化亚铁硫杆菌ATCC23270T)和氧化亚铁硫杆菌ATCC33020比较的结果是,只从铀矿中获得的菌株在两种ph值下都表现出了更高的富集铀的能力。为了弄清楚是否是该菌株的起源影响它们富集铀的能力,我们的实验室正在准备进一步做关于从不同环境获得的其他氧化亚铁硫杆菌菌株以及从铀矿发现的其他品种的硫杆菌的实验。图1是总富集铀量(a)与吸附到氧化亚铁硫杆菌ATCC23270T和氧化亚铁硫杆菌ATCC33030表面(b)的铀浓度在pH值为1.5和4.0与初始铀浓度的关系曲线。结果归一化到细菌的干重。用像EDTA这种强大的复杂成形剂去除吸附在细胞壁表面的铀的解吸的研究表明细胞起富集铀主要作用。图1b显示了由EDTA处理的细胞释放了大量的U(VI)。因此术语“吸收”还包括部分固化在细胞壁或细胞膜上不能被重新提取的铀。据报道[20]，氧化亚铁硫杆菌富集铀的主要细胞成分是细胞壁和细胞膜,在脂多糖层,细胞周质和细胞质不同的成分中检测到少量的铀。我们检测的第一个富集到细菌中的U(VI)在时间分辨激光荧光光谱显示了一个U(VI)谱中荧光寿命显著衰减的深色基团的改变,说明可能有一个固化的U(VI)。吸附表面上的铀是富集总量的10至37%而且百分比随初始铀浓度的增加而减少。这是因为铀浓度的提高,表面吸附量达到了饱和。图Fig.1b就显示了这种吸附过程的特点。3.2.硫酸盐还原菌还原U(VI)图2显示了依靠初始U(VI)浓度中去磺弧菌和从铀尾矿培养的JG1菌株还原清除反应溶液中大量的U(VI)。培养JG1的样品中含有较高的生物量。因此,可以观察到初始浓度为220㎎/lU(VI)定量减少。这些结果证明,这种培养基主要包含能够还原和沉淀铀的细菌。与Lovleyetal.[27]的结果相反，在没有添加一个电子供体的情况下，我们的实验中铀也发生了还原。三天后，通过ICP–MS检测空白组与最初添加浓度相比没有显著不同。这表明没有发生形成不溶性水解物和可能吸附在试管壁上干扰实验的情况。图2.在3天后减少在DesulfovibriodesulfuricansDSM642T和铀尾矿中培养的(JG1),无细菌(空白)溶液中的U(VI)浓度。有氧条件下,在氯化钠溶液(0.9%)中进行D.desulfuricans的动力学研究中没有增加一个电子的供体。图3给出了大量的U(VI)转化为不溶性U(IV)关于时间和不同pH值的曲线。结果归一化到细菌的干重。由于细菌还原需要时间,U(VI)主要转化发生在第一个24小时内[35]。从24到100小时只有少量增加的U(IV)被检测到。100小时后，达到了饱和。当pH值是由3.2调整到6.1时，检测到U（Ⅳ）从10.3增加到99.2%。在中性pH值范围内，速率和产量随着pH值对应的微生物最佳生长条件的完善而增加。硫酸盐还原菌产生的沉淀的第一个特性通过X射线吸收谱(XANES)靠近边缘证明形成U(IV)。关于D.desulfuricans和JG1的进一步研究正在准备。图3.在pH值为3.2,4.2,5.0和6.1的条件下，随着时间的增加，通过去磺弧菌的作用大量的U(VI)转化为不溶性U(IV)。结果归一化到细菌的干重。在天然铀矿废弃堆，细菌和U(VI)相互作用的信息可能有助于描述微生物的生物富集,生物膜吸附或生物胶体的形成以及细菌降解过程(包括金属的氧化和还原反应)。这些信息也是进一步调查在其他几个国家是主要环境污染物的Np,Am和Pu等放射性核素的良好基础。这些相互作用的主要机制的详细内容,将更好的表征自然界中污染物的迁移行为和扩展模型的数据基础。此外,其中一些影响重金属和放射性核素吸附和迁移的过程可以用来固化污染物或将其转化为低毒的形式(如通过氧化还原反应)。因此，他们可以成为开发利用细菌修复固化了超铀元素的废弃沉积物的新方法的基础。参考文献[1]A.Bruynesteyn,J.Biotechnol.11(1989)1.[2]S.R.Hutchins,M.S.Davidson,J.A.Brierley,C.L.Brierley,Annu.Rev.Microbiol.40(1986)311.[3]D.E.Rawling,S.Silver,Bio/Technology13(8)(1995)773.[4]J.M.West,I.G.McKinley,N.A.Chapman,Radioact.WasteManag.Nucl.FuelCycle3,1(1982)1.[5]J.M.West,N.Christofi,I.G.McKinley,Radioact.WasteManag.Nucl.FuelCycle6,1(1985)79.[6]A.J.Francis,ReportBNL-34968,BrookhavenNationalLaboratory,Upton,1984.[7]A.J.Francis,Experientia46(1990)840.[8]A.J.Francis,C.J.Dodge,J.B.Gillow,J.E.Cline,Radiochim.Acta52–53(1991)311.[9]M.I.deSiloniz,P.Lorenzo,J.Perera,Microbiologia(Madr)7(2)(1991)82.[10]A.Schippers,R.Hallmann,S.Wentzien,W.Sand,Appl.Environ.Microbiol.61(8)(1995)29~30.[11]J.Cerda,S.Gonzalez,J.M.Rios,T.Quintana,FEMSMicrobiol.Rev.11(1993)253.[12]K.K.Dwivedy,A.K.Mathur,Hydrometallurgy38(1995)99.[13]J.A.Munoz,F.Gonzalez,M.L.Blazquez,A.Ballester,Hydro-Metallurgy38(1995)39.[